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服务器电源:AI芯片功耗提升,高功率电源景气上行

有道调研  · 公众号  ·  · 2025-03-13 19:26

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Q:服务器电源演绎的核心及整体数据中心电力系统演绎的核心是什么?

A: 在全球AI浪潮的大背景下,其核心在于对以算力为代表的基础设施需求提升。IDC建设的pex持续增长,与此同时,芯片的功耗也在不断提升。这就导致对高功率密度、高转化效率的服务器电源的需求量呈现持续增长态势。正因如此,以服务器电源为代表的整体数据中心供配电系统,极有可能打开一个相当高的成长空间,故而国海计算机团队维持对计算机行业的推荐评级。

Q:当前主要观点涵盖哪几个方面?

A: 主要分为三个方面。其一,是对数据中心电力系统的介绍。数据中心的供配电系统从整体电源线路进入用户端开始,历经高低压供配电设备,直至负载端,整个电路系统包含高压变配电系统、柴油发电机、自动转换器以及UPS、ACDC、DCDC等多个层次。产业链上游主要是以半导体为代表的电子元器件及相关电容;中游是加工设备企业和电源加工服务企业;下游涵盖消费电子、数据中心等电源应用领域。

其二,是对电源需求逻辑的拆分。 一方面,大厂持续投入capex,尤其在IDC方向进行大量算力采购,这在一定程度上促进了整体数据中心电力系统以及服务器电源需求的提升。例如,2025年谷歌的资本开支指引达到750亿元,meta为600到650亿元,亚马逊为1051.1亿美元。国内阿里巴巴等企业也大力投入Al业务和算力采购,以阿里、字节和腾讯为代表的多家互联网公司不断提升capex,期望在基础设施端获取更多算力底座。据IDC数据显示,2024年上半年,中国加速服务器的市场规模达到50亿美元,相较于 2023年上半年增长了63%。另一方面,随着供给端AI芯片功耗性能逐渐提升,与之匹配的电源市场规模也在不断扩张,同比增速有望快速上涨。如2024年英伟达发布的B200, 采用N4P制程,封装了2080亿个晶体管,而A100晶体管为800亿,采用N4制程,B200 封装密度提升,功耗达到1000万,这对电源提出了更高要求。

其三,是电源供给端存在的材料和拓扑技术壁垒。据第三方咨询机构数据,在下一代AIJPO中,像英伟达的blackwell系列里,B100 和 B200 进行高功率计算时,均需要超过1000瓦的功耗支撑,是传统CPU的三倍以上。在高涨的功率需求下,每个数据中心机柜的功率规格将从30到40千瓦推高到1100千瓦。随着芯片和电源功率提升,更大的难点在于功率密度以及电源转化率的增长。未来电源功率密度的进一步提升,可能依赖于拓扑结构的设计改进以及电子元器件的升级。英菲林表示,硅碳化硅、氮化镓等三种半导体材料的独特结合,有助于提升Al服务器和数据中心系统的可持续性和可靠性。基于此,国海计算机团队对整体电源行业以及计算机行业都维持推荐评级。

Q:数据中心的电气系统包含哪些部分,供配电系统具体是怎样的流程?

A: 数据中心的电气系统包括UPS、ACDC、DCDC等多个层次。供配电系统从电源线路经过用户端开始,先经过高低压供配电设备,再到负载端。整个电路系统主要包括高压变配电系统、柴油发电机组、自动转换开关单元、UPS 不 间断电源系统,以及连接负载端的ACDC、DCDC等多个层次的电源系统。

Q:数据中心供电系统中的UPS和HVDC分别是什么,它们有怎样的工作方式和特点 ?

A:UPS即不间断电源,是一种储能装置,以逆变器为主要组成部分,用于给计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供恒压恒频的不间断电力供应。当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供应给负载使用,同时向机内电源充电。当市电中断或事故停电时,UPS立刻使用机内电池供电, 通过逆 转换的方式,将负载持续供应 220伏交流电,保证负载正常工作,保护负载软硬件不受损坏。此外,其稳压和整流系统还能消除市电的电泳、瞬间高低电压等电源污染,改善电源质量,为计算机系统提供更高质量的电源及电力输出。HVDC即高压直流传输系统,在全球范围内对一手纪要关注工众号有道调研保证电力从发电处到用电处长距离传输起着关键作用。在大功率传输电能方面,具有高功效、高可靠以及高经济适用性的优势。HVDC通过标称电压为DC240伏或者DC336伏的输出母线,直接为下游IT设备的供适配器供电,并在直流母线上接入电能作为IT设备的备用电源。相较于其他方式,在电池充放电管理过程中,HVDC功率变化环节更少,所以效率和可靠性更高。正常工作时,处于整流状态的 HVDC, 其效率与UPS的双变化状态基本相当,并且在不同负载百分比下,HVDC的效率比UPS高约2到10个百分点。

Q:数据中心电源系统中的备用电源是什么,其市场情况如何?

A: 数据中心电源系统中的备用电源主要指柴油发电机,它是IDC备电系统的核心机组。在市场份额方面,海外企业市占率相对较高。柴油发电机由发动机、发电机以及控制系统组成,统称发电机组。它以柴油机为原型机,拖动同步发电机发电,是一种启动迅速、操作维修方便、投资较少且对环境适用性较强的发电装置。柴油发电机组的海外市场分为传统市场与新兴市场。传统市场集中在欧洲国家与北美地区,欧美是国际柴油发电机最大的市场,其主要推动力来自电信领域和 IT科技部分,欧洲还有相关补助资金。新兴市场则涵盖非洲、中东、东南亚和大洋洲等地区。从市场梯队来看,第一梯队是国际龙头企业,如康明斯、MTU、卡特等,它们作为整机及主要部件的厂商,以原装机为主,性能强劲但价格较高,主要服务高端客户。第二梯队包含国产原装国产的OEM以及部分进口品牌,像潍柴、玉柴、泰豪、科泰等,价格相较于第一梯队更低,服务中高端厂商。第三梯队是本土的一些中小型组装厂,主要面向低端民营企业。

Q:数据中心电源系统中的ACDC和DCDC分别是什么,有什么作用?

A:ACDC主要连接在服务器机架内部,作用是降压和整流。它是一种交流电输入,然后以直流或者交流方式输出的产品。该产品能够依据可负载的瓦数、能源的转化率以及材料进行区分,常见的区分型号有金牌、银牌、铜牌、白金牌、钛金牌等。在材料方面,其发展趋势是从单纯以硅为电源半导体的主要材料,向碳化硅、氮化镓等具有高密度、高能源转化率的电子元器件材料转变。DCDC可以嵌在服务器的主板上,主要用于整流和降压,它主要运用开关电源的思想来实现。例如在DCDC中输入时服,其内部的震荡器和斩波器模块能够进行降压或者升压操作。

Q: 电源产业链的上下游分别包括哪些企业,有哪些代表性企业?

A: 电源产业链上游主要是半导体、电阻、电容、磁性材料等元器件。半导体企业的代表性企业有杜邦、霍尼韦尔、中环半导体等;半导体设备企业有佳能、尼康、ASML等。中游包括加工设备企业以及电源加工服务企业,例如中恒、阳光电源、奥特迅等属于电源的主要加工产业。下游则涵盖消费电子、智能照明、网络通信、安防监控、汽车电子以及数据中心等电源应用领域,主要应用场景集中在互联网以及运营商等方面。

Q:从电源需求角度来看,大厂的投入及市场规模数据有哪些体现?

A: 从全球范围看,对于2025年,微软预期资本开支约800亿美元,谷歌约750亿美元,meta约600-650亿美元,亚马逊约1050亿美元,这四家大厂加在一起资本开支指引超过3000亿美元,量级庞大。在国内,以阿里巴巴、字节、腾讯为代表,阿里表示未来三年可能支 出3800亿以上资本开支投入算力基建,这将带动国内IDC 企业及相关算力链条需求不断增长。从公开数据来看,2024年上半年,中国加速芯片的市场规 模超过90万张。从技术角度,GPU卡占据80%的市场份额,同时加速服务器的市场规模达到了50亿美元,同比增速约为63%,增长态势迅猛。

Q:芯片功耗提升对电源需求产生了怎样的影响?

A:随着以英伟达为代表的AI芯片不断升级,芯片功耗显著提升。例如英伟达发布的B200,采 用NCP 制程,功耗达到1000万左右,而H100功耗约在700万左右。其中,FB200的FP16 密集计算能力大概是A100的7倍,但功耗仅增加了2.5倍,还有性能较强的英伟达后续主推产品blackwellGPO。芯片功耗的提升使得机柜功率不断增长。通算代表的单机柜平均功率密度从6-8千瓦发展到10-20千瓦,智算的单机柜则从15-20千瓦持续演进到40-60千瓦。单机柜功率密度的提升,一方面促使单机柜内服务器电源功耗提升、单位价值量上升;另一方面,由于技术难度提高,更有利于那些具备技术壁垒且与客户适配良好的厂商,可能带来份额集中的趋势。

Q:电源供给端存在哪些壁垒?

A: 电源供给端存在多方面壁垒。首先是技术壁垒,随着电源功率不断提高,对转换效率的要求也日益增长。要实现单位体积下更高的功率密度,以及在相应功率密度下更好地转化能效,这依赖于半导体元器件的选型以及电源企业对拓扑结构的改善。英菲林表示,碳化硅、氮化镓等半导体材料的独特组合,可能提升Al服务器和数据中心系统的可持续性和可靠性。其中,碳化硅是目前最成熟的VBG宽带隙半导体材料,已广泛用于制造开关器件,如mostfit和晶闸管;氮化镓在功率器件半导体方面具有潜质,在射频应用中是对硅的重大改进。其次,开关电源厂商对电路拓扑结构的设计情况,会在一定程度上影响服务器电源的功率密度。开关电源的电源拓扑指功率器件和电磁元件在电路中的连接方式,磁性元件的设计、闭环补偿电路以及其他电路元件的设计都高度依赖拓扑。最基本的拓扑有降压式、升压式以及升降压混合等。此外,电源厂商与客户长期合作积累的 know-how以及和客户的关系,也是一种壁垒。

Q:介绍一下台达电这家公司的相关情况。

A:台达电是投资者较为熟悉的公司,近期发布了如by的 HVDC等新产品。其主业是为全球提供电源管理和散热解决方案。台达电创立于1971年,深耕电源以及元器件、交通自动化和基础设施四大事业范畴。台达电总部位于台北, 1992年进入中国大陆市场,在广东东莞设立工厂,并在上海成立负责市场营销和网络服务网络建设的子公司。根据公司官网信息,台达电在中国大陆共拥有 25个研发中心,超过2900名研发工程师,46个运营网点,员工总数超过4万。

Q:光宝科技是一家怎样的公司,其业务布局和业绩表现如何?

A: 光宝科技是一家提供光电半导体以及电源管理方案的公司,其主业为提供光电半导体和电源的整合方案。近年来,该公司积极布局云端电源、电子汽车电子、光电半导体、5G 以及AloT相关产业。并且在未来,光宝科技计划将绿色数据中心、永续运输、高能效的基础设施作为中长期发展的驱动引擎。在2024年,受益于人工智能带来的服务器电源浪潮,以及云端运算产品规模的不断扩大,公司云端高阶电源的营收实现了稳定增长,同时咨询部门的高阶占比也在持续提升。此外,光宝科技当中可见光的迷你 LED以及不可见光的核心应用也都处于持续上升的状态。

Q:欧陆通这家公司的业务领域有哪些,2024年业绩表现如何?

A: 欧陆通是一家专注于电源领域的公司,主要从事开关电源产品的研发、生产和销售。其主要产品包括电源适配器、数据中心电源以及其他电源等。公司的产品广泛应用于办公电子、网络通信、安防监控、智能家居、新型消费电子产品以及数据中心等多个领域。从2024年公司的业绩预告来看,预期实现的规模净利润在2.49到2.89亿元之间,同比增长幅度为27%到48%。这主要是因为在2024年,公司数据中心电源的营业收入保持着持续高速增长的态势,尤其是高功率服务器电源的收入增长较为显著。同时,其他电源业务的营业收入也恢复增长,共同推动了公司整体营收的持续增长。另外,公司取消了一部分股权激励计划费用,加速确认了股权支付费用,使得2024年这部分费用同比减少,进而带来管理费用的降低,在一定程度上提升了净利润。

Q:麦格米特是一家怎样的公司,其2024年前三季度业绩和技术实力如何?

A: 麦格米特是一家以电力电子以及相关控制技术为基础的电器自动化公司,致力于成为全球一流的电气控制与节能领域方案的提供者。该公司专注于电能变化、自动化控制与应用,目前已成为智能家电电控产品、电源产品、新能源以及轨道交通部件、工业自动化、智能装备、精密连接领域知名的供应商。在 2024年的前三季度,公司营收约为59亿元,同比增长了21%;归母净利润为4.11亿元,同比下降15%。但剔除汇兑损益的影响之后,扣非净利润为13.8亿元,同比增长了约27%。公司经过多年的研发和技术布局,已经具备了业界领先的高功率高效率的网络电源技术水平,以及产品的研发与供应能力,能够满足通信交换机、通用服务器、AI服务器等多个场景的应用需求。

Q:中国长城及其旗下长城电源的情况是怎样的?

A:中国长城旗下拥有全资子公司长城电源,长城电源具备三十多年的开关电源产品相关技术研发基础。在2024年,中国长城从满足国家战略需求和打造核心竞争力出发,以改革、调整、夯实提升为主线,聚焦计算产业和系统装备两大核心主业,努力提升业务发展能力,致力于成为国家网信事业战略科技力量的主力军。长城电源作为国内目前规模最大、技术最强的服务器和台式机电源研制厂商,形成了服务器、台式机、通信、工控四大电源产品线。根据长城电源官网截至2024年的半年报,公司仍然保持百分之百控股。凭借优良的产品质量,长城电源深受广大客户信赖,其客户涵盖浪潮、联想、中兴华三、华硕、同方、富士康、英业达等服务器厂商。

Q:科泰电源的业务核心和2024年前三季度业绩表现如何,有哪些优势?

A: 科泰电源是一家专注于智能环保电源设备研发、生产和销售的企业,其核心业务围绕着发电机组的产品及服务展开,具体涵盖发电机组的产品与解决方案以及节能环保业务。在 2024年的前三季度,公司营收同比增长了17%,归母净利润大概同比增长27%。经过多年的发展,科泰电源已逐步形成以电力设备业务为核心,以节能环保和新能源业务为两翼的集团化多元化发展态势。并且在通信行业和IDC数据机房备用电源领域,科泰电源形成了较好的先发优势以及较高的市场占有率。

Q:泰豪科技是一家怎样的公司,其业务聚焦在哪些领域?

A: 泰豪科技是军工装备领域和应急装备领域的专家型企业,已成为国内该领域比较头部的领军企业。公司围绕整体军工产业发展战略,主营业务逐渐聚焦到军工装备以及军工技术民用化的应急装备领域。公司将军工电源相关的核心技术进行孵化,进而发展民用智能应急电源领域,其产品主要应用于运营商、大型互联网以及科技企业等。

Q: 关于服务器电源相关行业的投资建议和涉及的公司有哪些,还有哪些风险提示?

A: 投资建议方面,由于Al算力的发展与芯片功耗持续提升,对于高功率密度以及转化效率的服务器电源的需求量持续增长,电源行业有望持续打开成长空间,因此维持计算机行业的推荐评级。涉及的公司包括:服务器电源方面有中国长城、欧陆通、泰嘉股份、麦格米特、光宝科技、台达电;柴油发电机领域有科泰电源、泰豪科技、潍柴重机、苏美达动力、新科、玉柴国际; IDC云领域在智联、光环新网、润泽科技、数据港、大卫科技、万国数据、科华数据;服务器领域有中科曙光、浪潮信息、华擎、紫光、弘信携创、神州数码;液冷领域有英维克、飞荣达、森林环境、高澜股份、曙光数创;AI芯片领域有海光信息、寒武纪。风险提示方面,存在宏观经济影响下游需求的情况,高功率电源市场需求可能不及预期,市场竞争也可能会加剧,中美博弈的加剧也可能产生影响,并且相关的公司市值可能不及预期。

Q:从整 体产业链趋势看,Al算力发展与服务器电源需求之间有怎样的关系?

A: 在整体Al大浪潮下,未来预计会出现标志性的大模型厂商以及Al领域领先的应用。随着各行各业,包括政企、医疗、教育等行业对于Al方向,无论是私有化还是公有云的部署需求量都在不断增长,这从整体产业链趋势上推动了Al算力的发展。与此同时,为了实现更高的效率提升,某种程度上会提升芯片的功耗,而芯片功耗的增加又会使得对于高功率密度以及转换效率的服务器电源的需求量持续增长,从而有望打开一个较高维度的成长空间。



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